静压试验确定岩石杨氏模量的方法(静压试验确定岩石杨氏模量的方法有)

学会用拉伸法测定金属材料的杨氏弹性模量杨氏弹性模量是表征固体性质的重要物理量，尤其在工程技术中有其重要的意义，常用于固体材料抗形变能力的描述和作为选定机械构件的依据。

测量杨氏弹性模量的方法很多，本实验采用拉伸法。

[实验目的]（1）学习测量杨氏弹性模量一种方法。

（2）掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理和方法。

（3）熟练掌握运用逐差法处理实验数据。

[实验仪器］YMC—1杨氏弹性模量仪、光杠杆镜尺组、千分尺、钢卷尺、m千克砝码若干。

[实验原理］在外力作用下，固体发生的形状变化叫形变，形变分弹性形变和范性形变。

本实验测量钢丝杨氏弹性模量是在钢丝的弹性范围内进行的，属弹性形变的问题，最简单的弹性形变是在弹性限度内棒状物受外力后的伸长和缩短。

设一根长度为L、横截面积为S的钢丝，沿长度方向施加外力F后，钢丝伸长ΔL。

根据胡克定律：胁变（ΔL/L）与胁强（F/S）成正比，写成等式后，胁变前的比例系数就是杨氏弹性模量即。

LSFLY（17—1）Y就是该钢丝的杨氏弹性模量，单位是NM-2。

由式（17-1）可知，只要测量出等号右端的F、L、S、ΔL等量，即可测定杨氏弹性模量Y。

显然，F、L、S可用一般量具测出，而钢丝的微小伸长量ΔL，使用一般的量具进行精确的测量是困难的，这是因为ΔL很小，当L为1m，S为1mm2时，每牛顿力的伸长量ΔL约为5×10-3mm），不能用直尺测量，也不便于用大型卡尺和千分尺测量，所以，通常采用光杠杆法。

杠杆的放大原理是大家熟知的，若利用光的性质，采用适当的装置，使之起到同样放大作用，这种装置就称为光杠杆（图17-1）。

光杠杆是由T型足架和小镜组成，测量时，还必须加上读数系统的镜尺组（望远镜和标度尺，参阅图17-2）。

在本实验中，光杠杆足架上的前双足应安放在杨氏模量仪固定平台上的沟槽内，后单足则置于钢丝下端的圆柱形夹头上。

当钢丝伸长ΔL时，光杠杆后单足随钢丝夹头下降ΔL，此时，光杠杆小镜后仰α角（图17-2）。

，则：bLtg其中，b为光杠杆后单足到前双足的垂直距离。

图

17-1

静压试验确定岩石杨氏模量的方法有

岩体的力学性质,取决于结构体(岩石)性质与结构面的特征。FLAC应用中,一些经验的方法被广泛采用。

依据Singh(1973)、Gerrard(1982)和Fossum(1985)：

岩体变形模量可以由下式确定：

煤层开采顶板导水裂隙带高度预测理论与方法

式中：E_m为岩体的杨氏模量；E为完整岩石的杨氏模量；K_n为节理法向刚度；S节理间距。

岩体剪切模量可以由下式确定：

煤层开采顶板导水裂隙带高度预测理论与方法

式中：G_m为岩体的杨氏模量；G为完整岩石的杨氏模量；K_s为节理剪切刚度；S节理间距。

Bienawski(1978)得到一个关于E_m的经验公式：

E_m=2(RMR)-100RMR＞55(4-14)。

Serafim和Pereira(1983)提出一个更吻合的经验公式：

E_m=10^(RMR-10)/401＜E_m＜10(GPa)(4-15)。

此外,霍克布朗(1997)基于节理特征和块体连接的岩石质量指标(GSI)也可以用于确定摩尔库仑摩擦角与黏聚力。

由式(4-14)、(4-15)与霍克布朗岩石质量指标(GSI)可见,以对岩体各方面因素的定性认识为基础,对其工程特征一定程度加以定量化,即岩体质量评价,是被广为接受的确定岩体力学参数思路之一,得到了良好的应用。